(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜時に安定で、塗布等により容易に成膜できる有機半導体材料を提供する。【解決手段】式１の構造で、Ｂ１、Ｂ２とＸとの立体障害によりＡ１−Ｘ−Ａ２の平面性が崩れている有機半導体材料。Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸは、６π電子系環、８π電子系環、１０π電子系環、１２π電子系環、１４π電子系環、１６π電子系環、１８π電子系環、２０π電子系環、２２π電子系環、２４π電子系環、２６π電子系環を含む。2006344719.tif 000015【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式１で表される構造を持ち、Ｂ１とＸとの立体障害及びＢ２とＸとの立体障害により主鎖であるＡ１−Ｘ−Ａ２の平面性が崩れている有機半導体材料であって、
【化１】
2006344719.tif 000013
式中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸは、それぞれ、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、Ｖ個の２６π電子系環を含む骨格構造（但し、Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖは、それぞれ０〜６の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜６とする。）を有し、Ｂ１とＢ２がアルキル鎖を有し、数平均分子量が約２，０００〜約２００，０００であることを特徴とする有機半導体材料。
【請求項２】
前記Ｂ１とＢ２が有するアルキル鎖が、それぞれ炭素数４〜２０のアルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
【請求項３】
下記化学式２で表される構造であり、Ｒ１とＲ２がそれぞれ炭素数４〜２０のアルキル基であり、数平均分子量が約２，０００〜約２００，０００であることを特徴とする有機半導体材料。
【化２】
2006344719.tif 000014
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の有機半導体材料からなる有機半導体層を有することを特徴とする有機半導体構造物。
【請求項５】
少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ドレイン電極、及びソース電極を有する有機半導体装置であって、前記有機半導体層が、請求項１〜３のいずれかに記載の有機半導体材料で形成されていることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の有機半導体構造物の、有機トランジスタ、有機ＥＬ素子、有機電子デバイス又は有機太陽電池としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜時の環境下での安定性に優れると共に、塗布等により容易に成膜できる有機半導体材料、有機半導体構造物及び有機半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体材料を用いた有機半導体構造物についての研究が注目され、各種のデバイスへの応用が期待されている。そうした応用として、大面積のフレキシブルディスプレイ装置等に利用可能な薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴともいう。）、発光素子、太陽電池等が研究対象となっている。
【０００３】
有機半導体構造物が実用レベルで利用されるためには、有機半導体材料からなる有機半導体層が広い使用温度範囲において安定した電荷移動度を示すことが必要であると共に、広い面積で均一な薄膜を容易に作製できることが必要である。特に、従来のような蒸着等による成膜ではなく、塗布形成による成膜が可能であると共に、成膜時の環境化での特性安定性に優れていることが望ましい。
【０００４】
従来より有機半導体材料として有用なポリマー材料が提案されており、例えば、下記化学式ａで表されるポリ（３−ヘキシルチオフェン）等のポリチオフェン類が知られている。これらのポリマー材料は、有機溶媒に対して多少の溶解度を持つので、各種の塗布や印刷手段を用いた成膜が可能であり、製造上の利点がある。また、得られた有機半導体層は可撓性を有し、機械的な耐久性がよいので、例えばフレキシブルなプラスチック基板上への形成に有利である。
【０００５】
【化３】
2006344719.tif 000002
【０００６】
しかしながら、上記化学式ａで表されるポリ（３−ヘキシルチオフェン）等のポリチオフェン類で形成される有機半導体層は、成膜工程中に曝される大気中の酸素で酸化され易いという難点がある。酸化した有機半導体層を有するＴＦＴは、オフ電流が上昇してオン／オフ比が小さくなるという問題がある。こうした問題に対し、例えば特許文献１には、上記化学式ｂで表されるポリ［５，５’−ビス（３−ドデシル−２−チエニル）−２，２’−ジチオフェン］が提案されている。このポリマー材料は、有機溶媒に対して溶解性を有するので、各種の塗布や印刷手段を用いた成膜が可能であると共に、酸化され難く、酸化による問題を防ぐことができるとされている。
【特許文献１】特開２００３−２２１４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決する新しいポリマー材料を提供するものであって、その目的は、成膜時の環境下での安定性に優れると共に、塗布等により容易に成膜できる有機半導体材料を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうした有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体構造物及び有機半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の有機半導体材料は、下記化学式１で表される構造を持ち、Ｂ１とＸとの立体障害及びＢ２とＸとの立体障害により主鎖であるＡ１−Ｘ−Ａ２の平面性が崩れている有機半導体材料であって、式中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸは、それぞれ、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、Ｖ個の２６π電子系環を含む骨格構造（但し、Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖは、それぞれ０〜６の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜６とする。）を有し、Ｂ１とＢ２がアルキル鎖を有し、数平均分子量が約２，０００〜約２００，０００であることを特徴とする。
【０００９】
【化４】
2006344719.tif 000003
【００１０】
この発明によれば、化学式１中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸが上記π電子系環を含む骨格構造を有するので、化学式１で表される有機半導体材料は、側鎖部分に配置された芳香族環の存在に基づき、Ｂ１とＸとの立体障害及びＢ２とＸとの立体障害により主鎖であるＡ１−Ｘ−Ａ２の平面性が崩れている。こうした構造からなる有機半導体材料は、成膜時の大気環境下でも酸化し難く、製造安定性に優れていると共に、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体層を形成できる。本発明の有機半導体材料が酸化し難いのは、主鎖部分の平面性が崩れたことに基づくイオン化ポテンシャルの低下が要因であると考えられる。また、本発明の有機半導体材料は、Ｂ１とＢ２がアルキル鎖を有するので、少なくともある程度の溶媒溶解性を有し、その結果、各種の塗布や印刷手段を用いた成膜が可能で製造上有利である。また、本発明の有機半導体材料は、π共役系が拡張された構造を呈するので、狭バンドギャップ化に有利であると共に、イオン化ポテンシャルの上昇を抑制することができる。
【００１１】
また、ポリマー材料である本発明の有機半導体材料を用いて有機半導体層を形成した場合、側鎖部分のＢ１とＢ２がアルキル鎖を有するので、そのアルキル鎖と隣接するポリマー材料のアルキル鎖との相互作用により、ポリマー材料が主鎖配向した態様で規則的に整列するため、分子内伝導を起こし易い。さらに、側鎖部分のＢ１とＢ２が主鎖に対して傾いた形をとるために、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、電荷移動度の向上に有利な構造となっている。また、得られた有機半導体層は、可撓性を有し、機械的な耐久性がよいので、例えばフレキシブルなプラスチック基板上への形成に有利である。
【００１２】
本発明の有機半導体材料は、前記Ｂ１とＢ２が有するアルキル鎖が、それぞれ炭素数４〜２０のアルキル基であることが好ましい。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の有機半導体材料は、例えば下記化学式２で表される構造であり、Ｒ１とＲ２がそれぞれ炭素数４〜２０のアルキル基であり、数平均分子量が約２，０００〜約２００，０００であることを特徴とする。
【００１４】
【化５】
2006344719.tif 000004
【００１５】
この構造は、化学式１の具体例を示すものであり、主鎖部分であるＸに配位されたbithiopheneは、側鎖部分であるＢ１とＢ２に配位された2-dodecylthiopheneとの間で立体障害を生じて平面性が崩れている。このポリマー材料は、成膜時の大気環境下でも酸化し難く、製造安定性に優れていると共に、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体層を形成できる。また、化学式２中のＲ１とＲ２がそれぞれ炭素数４〜２０のアルキル基であるので、溶媒溶解性を有し、各種の塗布や印刷手段を用いた成膜が可能である。この有機半導体材料を用いて有機半導体層を形成した場合、側鎖部分のアルキル鎖と隣接する有機半導体材料のアルキル鎖との相互作用により、ポリマー材料が主鎖配向した態様で規則的に整列するため、分子内伝導を起こし易い。さらに、側鎖部分の2-dodecylthiopheneが主鎖に対して傾いた形をとるために、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、電荷移動度の向上に有利な構造となっている。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の有機半導体構造物は、上記本発明の有機半導体材料からなる有機半導体層を有することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、成膜時の大気環境下でも酸化し難く、製造安定性に優れた有機半導体層を有するので、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体層を有した有機半導体構造物となる。また、本発明の有機半導体構造物は、有機半導体材料が主鎖配向した態様で規則的に整列するため、分子内伝導を起こし易い。さらに、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、電荷移動度の向上に有利である。また、可撓性を有し、機械的な耐久性がよい有機半導体層を有するので、フレキシブルなプラスチック基板上に形成した有機半導体構造物となる。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明の有機半導体装置は、少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ドレイン電極、及びソース電極を有する有機半導体装置であって、前記有機半導体層が、上記本発明の有機半導体材料で形成されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、成膜時の環境下での安定性に優れると共に塗布等により容易に成膜できる有機半導体材料で有機半導体層を形成するので、従来のような蒸着等による成膜ではなく、塗布形成による成膜が可能であると共に、成膜時の環境化での特性安定性に優れた有機半導体装置とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、上述した本発明の有機半導体構造物を、有機トランジスタ、有機ＥＬ素子、有機電子デバイス又は有機太陽電池として使用する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の有機半導体材料によれば、側鎖部分に配置された芳香族環の存在に基づき、主鎖部分の平面性が崩れてイオン化ポテンシャルが低下するので、成膜時の大気環境下でも酸化し難く、安定性に優れた有機半導体層を形成できると共に、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体層を形成できる。また、本発明の有機半導体材料は、溶媒溶解性を有するので、各種の塗布や印刷手段を用いた有機半導体層の成膜が容易となる。また、本発明の有機半導体材料を用いて有機半導体層を形成した場合、ポリマー材料が主鎖配向した態様で規則的に整列するため、分子内伝導を起こし易い。さらに、側鎖部分が主鎖に対して傾いた形をとるために、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、電荷移動度をより向上させることができる。
【００２２】
本発明の有機半導体構造物及び有機半導体装置によれば、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体層を有している。また、有機半導体材料が主鎖配向した態様で規則的に整列するため、分子内伝導を起こし易い。さらに、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、電荷移動度の向上に有利である。また、可撓性を有し、機械的な耐久性がよい有機半導体層を有するので、フレキシブルなプラスチック基板上に形成した有機半導体構造物及び有機半導体装置を備えた大面積画像センサー、電子ペーパー、その他の表示媒体等、大面積の表示装置等に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の有機半導体材料、有機半導体構造物及び有機半導体装置について説明する。
【００２４】
（有機半導体材料）
本発明の有機半導体材料は、上記化学式１で表される構造を持ち、Ｂ１とＸとの立体障害及びＢ２とＸとの立体障害により主鎖であるＡ１−Ｘ−Ａ２の平面性が崩れている有機半導体材料であって、化学式１中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸは、それぞれ、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、Ｖ個の２６π電子系環を含む骨格構造（但し、Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖは、それぞれ０〜６の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜６とする。）を有し、Ｂ１とＢ２がアルキル鎖を有し、数平均分子量が約２，０００〜約２００，０００であることを特徴とする。
【００２５】
最初に、化学式１中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸからなる骨格構造について説明する。本発明の有機半導体材料は、数平均分子量が２，０００〜２００，０００程度で、重量平均分子量が４，０００〜５００，０００程度のポリマー材料であり、Ａ１−Ｘ−Ａ２からなる主鎖部分と、アルキル鎖をそれぞれ有したＢ１及びＢ２からなる側鎖部分との繰り返し単位で構成されている。なお、化学式１中、ｎは重合度であり、約４〜約５００程度となっている。
【００２６】
化学式１において、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸは、それぞれ、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、及びＶ個の２６π電子系環からなる群より選択される。本発明の有機半導体材料においては、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖはそれぞれ０〜６の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜６である。Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸそれぞれのπ電子芳香環は、それぞれ同じでも違っていても構わない。また、化学式１中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸは、それぞれ屈曲な鎖状構造であってもよいし、官能基を有したものであっても構わない。
【００２７】
具体的には、６π電子系環としては、例えば、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、２Ｈ−ピラン環、４Ｈ−チオピラン環、ピリジン環、オキサゾ―ル環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、フラザン環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリタジン環、トロボロン環を挙げることができ、８π電子系環としては、例えば、ペンタレン環、インデン環、インドリジン環、４Ｈ−キノリジン環を挙げることができ、１０π電子系環としては、例えば、ナフタレン環、アズレン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、１−ベンゾチオフェン環、２−ベンゾチオフェン環、インドール環、イソインドール環、２Ｈ−クロメン環、１Ｈ−２−ベンゾビラン環、キノリン環、イソキノリン環、１，８−ナフチリジン環、ベンゾイミダゾール環、１Ｈ−インダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、プリン環、フタラジン環を挙げることができ、１２π電子系環としては、例えば、ヘプタレン環、ビフェニレン環、ａｓ―インダセン環、ｓ−インダセン環、アナナフチレン環、フルオレン環、フェナレン環を挙げることができ、１４π電子系環としては、例えば、フェナントレン環、アントラセン環、カルバゾール環、キサンテン環、アクリジン環、フェナントリジン環、ぺリミジン環、１，１０−フェナントロリン環、フェナジン環、フェナルサジン環、テトラチアフルバレン環を挙げることができ、１６π電子系環としては、例えば、フルオランテン環、アセフェナントリレン環、アセアントリレン環、ピレン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環を挙げることができ、１８π電子系環としては、例えば、トリフェニレン環、クリセン環、ナフタセン環、プレイアデン環を挙げることができ、２０π電子系環としては、例えば、ペリレン環を挙げることができ、２２π電子系環としては、例えば、ビセン環、ペンタフェン環、ペンタセン環、を挙げることができ、２４π電子系環としては、例えば、テトラフェニレン環、コロネン環、を挙げることができ、２６π電子系環としては、例えば、ヘキサフェン環、ヘキサセン環、ルビセン環等を挙げることができる。
【００２８】
これらのπ電子系環を構造の一部に有する骨格構造としては、例えば、上記化学式２で表される構造の有機半導体材料を挙げることができる。この化学式２においては、数平均分子量が２，０００〜２００，０００程度で、重量平均分子量が４，０００〜５００，０００程度であることが好ましい。この化学式２で表される有機半導体材料は、主鎖部分であるＸの位置に配位されたbithiopheneは、側鎖部分であるＢ１の位置とＢ２の位置に配位された2-dodecylthiopheneとの間で立体障害を生じて平面性が崩れている。
【００２９】
上記化学式２のＲ１及びＲ２は、それぞれＢ１及びＢ２に連結する炭素数（以下、Ｃで表す。）４〜２０のアルキル基であり、それらは同一でもよいし、異なっていてもよい。また、そのアルキル基は、直鎖であっても分岐鎖であってもよい。例えば、炭素数がＣ４〜Ｃ１２のアルキル基は、順に、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルであり、これらアルキル基又はその異性体等が好ましく用いられる。
【００３０】
以上のような構造からなる有機半導体材料は、化学式１中のＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２及びＸが上記π電子系環を含む骨格構造を有するので、側鎖部分に配置された芳香族環の存在に基づき、Ｂ１とＸとの立体障害及びＢ２とＸとの立体障害により主鎖であるＡ１−Ｘ−Ａ２の平面性が崩れている。こうした構造からなる有機半導体材料は、成膜時の大気環境下でも酸化し難く、製造安定性に優れていると共に、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体層を形成できるという利点がある。なお、有機半導体材料が酸化し難いのは、主鎖部分の平面性が崩れたことに基づくイオン化ポテンシャルの低下が要因であると考えられる。また、Ｂ１とＢ２がアルキル鎖を有するので、少なくともある程度の溶媒溶解性を有し、その結果、各種の塗布や印刷手段を用いた成膜が可能で製造上有利である。
【００３１】
図１は、本発明の有機半導体材料について、π共役系が拡張された形態を示す模式図である。図１において、灰色部分がπ共役系が拡張された部分を示している。こうした本発明の有機半導体材料は、狭バンドギャップ化に有利であると共に、イオン化ポテンシャルの上昇を抑制することができる。
【００３２】
本発明の有機半導体材料は、側鎖部分のＢ１とＢ２が有するアルキル鎖と、隣接する有機半導体材料が有する同じアルキル鎖との相互作用により、各有機半導体材料が主鎖配向した態様で規則的に自己整列し、高次の分子構造配列となり、分子内伝導を起こし易い。さらに、規則的に自己整列した有機半導体材料は、側鎖部分のＢ１とＢ２が主鎖に対して傾いた形をとるために、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、効率よく電荷が移動するのに適した構造となっている。
【００３３】
また、本発明の有機半導体材料は、上記化学式１、２からわかるように、側鎖部分にアルキル鎖を有するので、トルエン、キシレン、テトラリン、メシチレン、クロロベンゼン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン等の溶媒に対して、少なくとも０．１重量％以上の溶解度を示す。こうした有機半導体材料を、上記の溶媒に溶かして塗布液を調製した後、各種の膜が必要に応じて成膜されてなるプラスチック基板やガラス基板等の所定の基材上に塗布すれば、大面積のフレキシブルディスプレイ装置等に利用可能な有機半導体層を容易に形成することができる。このときの塗布方法としては、スピンコーティング、溶液キャスティング、浸漬塗布、スクリーン印刷、スタンプ印刷、ジェット印刷等の各種の塗布方法及び印刷方法を適用できる。
【００３４】
（有機半導体構造物）
次に、有機半導体構造物について説明する。本発明の有機半導体構造物は、上記の有機半導体材料からなる有機半導体層を有するものである。
【００３５】
本発明の有機半導体構造物が有する有機半導体層は、側鎖部分のＢ１とＢ２が有するアルキル鎖と、隣接する有機半導体材料が有する同じアルキル鎖との相互作用により、各有機半導体材料が主鎖配向した態様で規則的に整列した態様で形成されているため、分子内伝導を起こし易い。さらに、有機半導体層は、側鎖部分のＢ１とＢ２が主鎖に対して傾いた形をとるために、ポリマー鎖同士のπ共役系の重なりが多次元的に広がったパッキングとなるため、形成された有機半導体層は、電荷がそのポリマー鎖間でホッピング伝導を起こし易く、電荷移動度の向上に有利な構造となっている。
【００３６】
なお、上記有機半導体材料の説明欄で説明したように、本発明の有機半導体材料で形成した有機半導体層は、成膜時の大気環境下でも酸化し難く、製造安定性に優れるので、オフ電流の上昇を防いで大きなオン／オフ比を示す有機半導体構造物を得ることができる。また、可撓性を有し、機械的な耐久性がよい有機半導体層を有するので、フレキシブルなプラスチック基板上に形成した有機半導体構造物となる。
【００３７】
（有機半導体構造物）
次に、有機半導体装置について説明する。本発明の有機半導体装置１０１は、例えば図２に示すように、少なくとも基板１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、ドレイン電極１５及びソース電極１６で構成される。この有機半導体装置１０１は、有機半導体層１４が、上述した本発明の有機半導体構造物を構成する有機半導体材料で形成されている。
【００３８】
構成の一例としては、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、ドレイン電極１５とソース電極１６、保護膜１７の順に構成される逆スタガー構造（図示しない）、又は、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、ドレイン電極１５とソース電極１６、有機半導体層１４、保護膜（図示しない。）の順に構成されるコプラナー構造（図２を参照）、を挙げることができる。こうした構成からなる有機半導体装置１０１は、ゲート電極１２に印加される電圧の極性に応じて、蓄積状態又は空乏状態の何れかで動作する。以下、有機半導体装置の構成部材について詳細に説明する。
【００３９】
（基板）
基板１１は、絶縁性の材料であれば広い範囲の材料から選択することができる。例えば、ガラス、アルミナ焼結体などの無機材料、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン等の各種の絶縁性材料を挙げることができる。特に、高分子化合物からなるフィルム状又はシート状の絶縁樹脂基板を用いると、軽量でフレシキブルな有機半導体装置を作製することができるので、極めて有用である。なお、本発明で適用される基板１１の厚さは、２５μｍ〜１．５ｍｍ程度である。
【００４０】
（ゲート電極）
ゲート電極１２は、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機材料からなる電極又は導電性インキを塗布して形成した電極であることが好ましい。これらの電極は、有機材料や導電性インキを塗布して形成できるので、電極形成プロセスが極めて簡便となるという利点がある。塗布法の具体的な手法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。
【００４１】
なお、電極として金属膜を形成する場合には、既存の真空成膜法を用いることができ、具体的には、マスク成膜法又はフォトリソグラフ法を用いることができる。この場合には、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属、これら金属を用いた合金、ポリシリコン、アモリファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料を、電極形成用の材料として挙げることができる。また、これらの材料を２種以上併用してもよい。
【００４２】
ゲート電極の膜厚は、その材質の導電率によるが、５０〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。ゲート電極の厚さの下限は、電極材料の導電率及び下地基板との密着強度によって異なる。ゲート電極の厚さの上限は、後述のゲート絶縁層及びソース・ドレイン電極対を設けた際に、下地基板とゲート電極の段差部分におけるゲート絶縁層による絶縁被覆が十分で、かつその上に形成する電極パターンに断線を生ぜしめないことが必要である。特に、可撓性がある基板を使用した場合には、応力のバランスを考慮する必要がある。
【００４３】
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１３は、上記のゲート電極１２と同じように、有機材料を塗布して形成したものであることが好ましく、使用される有機材料としては、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等を挙げることができる。塗布法の具体的な手法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。なお、ＣＶＤ法等の既存パターンプロセスを用いて形成してもよく、その場合には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機材料が好ましく使用される。また、これらの材料を２種以上併用してもよい。
【００４４】
有機半導体装置の電荷移動度は電界強度に依存するので、ゲート絶縁層の膜厚は、５０〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。このときの絶縁耐圧は、２ＭＶ／ｃｍ以上であることが望ましい。
【００４５】
（ドレイン電極及びソース電極）
ドレイン電極１５及びソース電極１６は、仕事関数の大きい金属で形成されることが好ましい。その理由としては、本発明の有機半導体材料は、電荷を輸送するキャリヤがホールであることから、有機半導体層１４とオーミック接触していることが必要となるからである。ここでいう仕事関数とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位とのエネルギー差として定義される。好ましい仕事関数としては、４．６〜５．２ｅＶ程度であり、具体的には、金、白金、透明導電膜（インジウム・スズ酸化物、インジウム・亜鉛酸化物等）等が挙げられる。透明導電膜は、スパッタリング法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で形成することができる。なお、本発明で適用されるドレイン電極１５及びソース電極１６の厚さは、５０ｎｍ程度である。
【００４６】
（有機半導体層）
有機半導体層１４は、上述した本発明の有機半導体材料により形成された層である。
【００４７】
（層間絶縁層）
有機半導体装置１０１には、層間絶縁層を設けることが望ましい。層間絶縁層は、ゲート絶縁層１３上にドレイン電極１５及びソース電極１６を形成する際に、ゲート電極１２の表面の汚染を防ぐことを目的として形成される。したがって、層間絶縁層は、ドレイン電極１５及びソース電極１６を形成する前にゲート絶縁層１３の上に形成される。そして、ソース電極１５及びドレイン電極１６が形成された後においては、チャネル領域上方に位置する部分を完全に除去又は一部を除去するように加工される。除去される層間絶縁層領域は、ゲート電極１２のサイズと同等であることが望ましい。
【００４８】
材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料や、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料が挙げられる。
【００４９】
（有機半導体装置の他の態様）
本発明の有機半導体装置においては、その構成として、(i)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層／ソース・ドレイン電極／有機半導体層（／保護層）、(ii)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層／有機半導体層／ソース・ドレイン電極／（保護層）、(iii)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層／有機半導体層／ソース・ドレイン電極がパターニングされた基板（保護層を兼ねる）、(iv)基板／ソース・ドレイン電極／有機半導体層／ゲート絶縁層／ゲート電極／基板（保護層を兼ねる）、又は、(v)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層／ソース・ドレイン電極／有機半導体層／基板、とすることもできる。こうした有機半導体装置においては、本発明の有機半導体材料を用いることによって、塗布方式で有機半導体層を容易に形成することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
【００５１】
（実施例１）
化学式２で表され、式中、Ｒ１及びＲ２がＣ１２の同一の直鎖アルキル基であり、数平均分子量が約５５，０００で重量平均分子量が約９９，０００の有機半導体材を作製した。
【００５２】
＜2-Dodecylthiopheneの合成＞
【００５３】
【化６】
2006344719.tif 000005
【００５４】
先ず、滴下ロートと還流管を付した三口フラスコにThiophene 51.2g（623mmol, 1.2eq) を加え、Ａｒ置換した後、脱水Tetrahydrofran(以後、THFという。)を200ml加えて撹拌した。これを-78℃まで冷却し、2.6 Mのn-BuLi 200ml(520mmol, 1.0eq)を滴下して３０分撹拌した。これを０℃まで昇温し、２時間撹拌した。その後、室温まで昇温して１５分撹拌後、０℃に冷却した。これに1-bromo-n-dodecane 130g(520mmol, 1.0eq) を滴下した後、０℃で２時間撹拌した。これを室温まで昇温し、６時間撹拌した後、１時間rifluxした。これを室温まで放冷し、Diethyletherで抽出し、pH=7まで水洗した。これをNa２SO４で脱水した後、溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、目的物である淡黄色液体、2-Dodecylthiopheneを約125g（収率約95%）を得た。得られた化合物のNMRスペクトルを、室温において、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＬＡ４００Ｗ型NMRスペクトロメータを用いて測定した。１H-NMR(CDCl３, TMS/ppm): 0.88(t,3H,J=6.83Hz), 1.26(m,18H), 1.67(m,2H), 2.81(t,2H,J=7.32Hz), 6.77(d,1H,J=3.42Hz), 6.90(dd,1H,J=3.42Hz,J=5.37Hz), 7.09(d,1H,J=0.98Hz,J=4.88Hz).
【００５５】
＜2-Bromo-5-dodecylthiopheneの合成＞
【００５６】
【化７】
2006344719.tif 000006
【００５７】
滴下ロートと還流管を付した三口フラスコに、上記のようにして得られた2-Dodecylthiophene 100g(396mmol, 1eq)を加え、Ａｒ置換した後、脱水N,N-Dimethylfolmamide(以後、DMFという。)を400ml加えて撹拌した。これを０℃まで冷却し、別容器で脱水DMF120mlに溶解させたN-Bromosuccinimide 84.5g(475mmol, 1.2eq)を滴下した。滴下後１時間撹拌し、室温まで昇温して６時間撹拌した。溶媒を留去し、Diethyletherで抽出、pH=7まで水洗した。これをNa２SO４で脱水した後、溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、目的物である淡黄色液体、2-Bromo-5-dodecylthiopheneを約118g（収率約90%）を得た。得られた化合物のNMRスペクトルを、室温において、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＬＡ４００Ｗ型NMRスペクトロメータを用いて測定した。１H-NMR(CDCl３, TMS/ppm): 0.88(t,3H,J=6.83Hz), 1.26(m,18H), 1.62(m,2H), 2.73(t,2H,J=7.32Hz), 6.53(d,2H,J=4.39Hz), 6.84(d,2H,J=3.90Hz).
【００５８】
＜5’-Dodecyl-3,2’-bithiopheneの合成＞
【００５９】
【化８】
2006344719.tif 000007
【００６０】
滴下ロートと還流管を付した三口フラスコに、粒状マグネシウム5.6g(232mmol, 1.1eq)を加え、Ａｒ置換した。これにＩ２を少量加え、脱水THF 20mlを加えて超音波洗浄を２０分間行った。これに脱水THF 200mlを加えて撹拌した。これに、別容器で脱水THF 100mlに溶解させた上記2-Bromo-5-dodecylthiophene 70g(211mmol, 1eq)を滴下した。これを３時間rifluxした後、室温まで放冷してグリニャール試薬を得た。
【００６１】
別の三口フラスコに、Diphenylphosphinoferroceneparadium-dichloride(以後、Pd(dppf)Cl２という。）1.7g(2.11mmol, 0.01eq)と3-Bromothiophene 41.0g(253mmol, 1.2eq)を加えてＡｒ置換した。これに脱水THF 200mlを加えて、０℃まで冷却した。これに上記グリニャール試薬を滴下し、30分撹拌した。これを室温に昇温し、６時間撹拌した。これに1N-HCl水溶液20mlを滴下し、15分撹拌した。THFを留去し、Diethyletherで抽出し、pH=7まで水洗した。これをNa２SO４で脱水した後、溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、エタノールで再結晶を行い、目的物である淡黄色固体、5’-Dodecyl-3,2’-bithiopheneを約38.5g（収率約54%）を得た。得られた化合物のNMRスペクトルを、室温において、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＬＡ４００Ｗ型NMRスペクトロメータを用いて測定した。１H-NMR(d６-DMSO, TMS/ppm): 0.86(t,3H,J=6.83Hz), 1.26(m,18H), 1.64(m,2H), 2.77(t,2H,J=7.32Hz), 6.75(d,1H,J=3.42Hz), 7.11(d,1H,J=3.42Hz), 7.32(dd,1H,J=0.97Hz,J=5.12Hz), 7.53(m,2H).
【００６２】
＜2-Bromo-5’-dodecyl-3,2’-bithiopheneの合成＞
【００６３】
【化９】
2006344719.tif 000008
【００６４】
滴下ロートと還流管を付した三口フラスコに、上記のようにして得られた5’-Dodecyl-3,2’-bithiophene 34.5g(103mmol, 1eq)を加え、Ａｒ置換した後、脱水DMF 500mlを加えて撹拌した。これを０℃まで冷却し、別容器で脱水DMF100mlに溶解させたN-Bromosuccinimide 19.2g(108mmol, 1.05eq)を滴下した。滴下後１時間撹拌し、室温まで昇温して６時間撹拌した。溶媒を留去し、Diethyletherで抽出し、pH=7まで水洗した。これをNa２SO４で脱水した後、溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、目的物である淡黄色液体(数時間後に固化) 、2-Bromo-5’-dodecyl-3,2’-bithiopheneを約41.5g（収率約97%）を得た。得られた化合物のNMRスペクトルを、室温において、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＬＡ４００Ｗ型NMRスペクトロメータを用いて測定した。１H-NMR(d６-DMSO, TMS/ppm): 0.86(t,3H,J=6.83Hz), 1.26(m,18H), 1.66(m,2H), 2.80(t,2H,J=7.32Hz), 6.83(d,1H,J=2.93Hz), 7.22(d,1H,J=5.34Hz), 7.32(d,1H,J=3.90Hz), 7.59(d,1H,J=5.37Hz).
【００６５】
＜モノマー前駆体の合成＞
【００６６】
【化１０】
2006344719.tif 000009
【００６７】
滴下ロートと還流管を付した三口フラスコに、5,5’-Dibromo-2,2’-bithiophene 14g(43mmol,1eq)にＡｒ置換した後、脱水THF 400mlを加えて撹拌・溶解させた。これを-78℃に冷却し、n-BuLi(1.58M)を約61ml(95mmol, 2.2eq) 滴下した。30分撹拌後、０℃に昇温して更に２時間撹拌した。これを室温に戻して１５分間撹拌した後、０℃に冷却した。これにSn(n-Bu)３Cl 33.9g(104mmol, 2.4eq)を滴下し、２時間撹拌した。これを室温に戻し、６時間撹拌した。これを１時間rifluxした後、溶媒を留去した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて原点除去を行い、約32.1gの橙色液であるスズ化試薬を得た。
【００６８】
別容器に、Pd(PPh３)４ 1.0g(0.87mmol, 0.02eq) 、CuI 0.58g(3.0mmol, 0.07eq)を加えてＡｒ置換した。これに脱水DMF 300mlを加えて撹拌した。これにスズ化試薬32.1gと、上記のようにして得られた2-Bromo-5’-dodecyl-3,2’-bithiophene 41.5g(100mmol, 2.3eq)とを加えた。これに脱水DMF 300mlを加えて、120℃に昇温して３時間撹拌した。溶媒を留去し、クロロホルムで抽出し、pH=7まで水洗した。これをNa２SO４で脱水した後、溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、エタノールで再結晶を行い、目的物である黄色固体のモノマー前駆体 約24.8g（収率約69.0%）を得た。得られた化合物のNMRスペクトルを、室温において、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＬＡ４００Ｗ型NMRスペクトロメータを用いて測定した。１H-NMR(d６-DMSO, TMS/ppm): 0.83(t,6H,J=6.83Hz), 1.22(m,36H), 1.60(m,4H), 2.75(t,4H,J=7.32Hz), 6.75(d,2H,J=3.42Hz), 6.96(d,2H,J=3.90Hz), 7.08(d,2H,J=3.90Hz), 7.17(m,4H), 7.56(d,2H,J=5.37Hz).
【００６９】
＜モノマーの合成＞
【００７０】
【化１１】
2006344719.tif 000010
【００７１】
滴下ロートと還流管を付した三口フラスコに、上記のようにして得られたモノマー前駆体 8.0g(9.6mmol, 1eq)を加え、Ａｒ置換した後、脱水DMF 500ml を加えて撹拌した。これに、別容器で脱水DMF 100mlに溶解させたN-Bromosuccinimide 3.5g(19.7mmol, 2.05eq)を滴下した。これを70℃に昇温し、６時間撹拌した。溶媒を留去し、クロロホルムで抽出し、pH=7まで水洗した。これをNa２SO４で脱水した後、溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、酢酸ブチルで再結晶し、目的物である黄色固体のモノマー 約5g（収率約52.6%）を得た。得られた化合物のNMRスペクトルを、室温において、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＬＡ４００Ｗ型NMRスペクトロメータを用いて測定した。１H-NMR(d６-DMSO, TMS/ppm): 0.84(t,6H,J=6.83Hz), 1.21(m,36H), 1.58(m,4H), 2.75(t,4H,J=7.32Hz), 6.76(d,2H,J=3.42Hz), 7.00(d,2H,J=3.42Hz), 7.11(d,2H,J=3.42Hz), 7.19(d,2H,J=3.92Hz), 7.32(s,2H).
【００７２】
＜Polymerization＞
【００７３】
【化１２】
2006344719.tif 000011
【００７４】
100mlシュレンクチューブに、上記のようにして得られたモノマー 1.53g (1.5mmol, 1eq)、bypyridine 0.34g(2.1mmol, 1.35eq)を加え、窒素を充填したグローブボックス中に入れた。これに、Ni(cod)２を0.57g(2.0mmol, 1.3eq)を加え、還流管と三方コックをシュレンクチューブに付けて密閉し、グローブボックスから外に出してＡｒ置換した。これに脱水トルエン20mlを加えて撹拌し、rifluxを４時間行った後、常温で終夜撹拌した。これを６時間rifluxし、TLC（薄層クロマトグラフィー）及び高速GPC（東ソー株式会社製、高速GPC装置、HLC-8020）にてモニタリングし、モノマーがほぼ消失したことを確認した後、放冷した。
【００７５】
この反応液を5wt%HCl-メタノール 500mlに加え、ろ過した。得られた黒色個体にトルエン 100mlを加えて加熱・溶解し、少量のセライト（米国セライト社の登録商標）でろ過した。ろ液を留去した後、トルエンを50ml加えて加熱・溶解させ、5wt%HCl-メタノール 500mlに再沈殿を行った。これをろ過して減圧乾燥した。これをエチレンジアミン四酢酸２ナトリウム(EDTA2Na)7wt%水溶液300ml中、70℃で３０分間撹拌した。これを熱水で洗浄した後、メタノールで洗浄した。これにトルエン100mlを加えて加熱・溶解させ、セライト（米国セライト社の登録商標）でろ過した。ろ液を留去した後、トルエンを50ml加え加熱・溶解し、5wt%HCl-メタノール 500mlに再沈殿を行った。これをメタノールで洗浄し、減圧乾燥して、黒色繊維状固体0.8gを得た。これを上記GPCで測定したところ、ポリスチレン換算でMw：99,000（Mw/Mn2.2）のピークが得られた。なお、この実施例において、精製に使用したトルエン・メタノールは全てEL規格品である。
【００７６】
＜ＦＥＴ素子の作製＞
試験デバイスに使用したウエハは、株式会社エレクトロニクスエンドマテリアルズコーポレーションから購入したものを用いた。これは、n-ドープシリコンウエハであり、その上に厚さ約3000Å（300nm）の酸化ケイ素層を熱生成させたものである。ウエハがゲート電極として機能する一方、酸化ケイ素層はゲート誘電体として働き、その静電容量は約11nF／cm２（ナノファラッド／平方センチメートル)であった。このウエハを、0.1MのPhenyltrichlorosilaneの脱水トルエン溶液に、60℃で２０分間浸した。次いで、このウエハをトルエンで洗い、残液を窒素エアガンで除いた後、100℃で１時間乾燥した。
【００７７】
次に、金のソース及びドレイン電極を、酸化ケイ素誘電体層の上に、様々なチャネル長さと幅のシャドウマスクを通して真空蒸着し、様々な大きさの一連のトランジスタ電極を作製した。その後、このウエハを100℃に加熱し、有機半導体層を、速さ2000rpm、約10秒間のスピンコーティングにより、溶液温度100℃にて塗布した。有機半導体層の製造に使用した溶液は、上記のようにして得られたポリマー（化合物名：Poly[3,3’’’-Bis(5-dodecyl-2-thienyl)-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-quaterthiophene]）をテトラリンに溶解した1.0重量%のポリマー溶液である。これらの操作は周囲条件中で行い、周囲の酸素、湿気、又は光への材料と装置の暴露を防止する対策は何ら講じなかった。
【００７８】
ＦＥＴ特性評価は、KEITHLEY製237 HIGH VOLTAGE SOURCE MEASURE UNITで行った。図３及び図４は、得られたＦＥＴ素子の伝達特性と出力特性を示すグラフである。キャリヤ移動度(μ)は、飽和領域(ゲート電圧ＶＧ＜ソース・ドレイン電圧ＶＳＤ）におけるデータより、下記式(1)に従って計算した。式(1)中、ＩＳＤは飽和領域におけるドレイン電流であり、ＷとＬはそれぞれ半導体チャネルの幅と長さであり、Ｃｉはゲート誘電体層の単位面積当たりの静電容量であり、ＶＧ及びＶＴはそれぞれ、ゲート電圧及び閾電圧である。この装置のＶＴは、飽和領域におけるＩＳＤの平方根と、測定データからＩＳＤ＝０を外挿して求めた装置のＶＧとの関係から求めた。電流オン／オフ比は、ゲート電圧ＶＧがドレイン電圧ＶＤと等しいかそれ以上であるときの飽和ソース・ドレイン電流と、ゲート電圧ＶＧがゼロの時のソース・ドレイン電流との比である。
【００７９】
【数１】
2006344719.tif 000012
【００８０】
なお、Ｗ（幅）＝１２００μｍ、Ｌ（長さ）＝５０μｍの大きさのトランジスタを用い、５個以上のトランジスタから得た平均特性値は、正孔移動度：１×１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、電流オン／オフ比：１０４（Ｖｄｓ＝−８０Ｖ）であった。こうした大きなオン／オフ比を示すポリマー材料は、酸化し難いことを示唆するものであり、大気安定性に優れ、良好なプロセス特性を示すものと考えられる。
【００８１】
（実施例２）
実施例２では、本発明の有機半導体材料のイオン化ポテンシャルの低減効果と、π共役系の拡張効果について検討した。比較材料として、主鎖部分がチオフェンであり、かつ平面性が高い立体規則性ポリ(３−ヘキシルチオフェン）(以下、Ｐ３ＨＴという。）を用いた（上記化学式ａを参照）。なお、このＰ３ＨＴは、半導体特性は高いものの、大気安定性に乏しいために、プロセス適性が低い(良好なトランジスタ作製が難しい)ことで知られているものであり、Ｍｅｒｃｋ社から市販されているものを用いた。
【００８２】
＜イオン化ポテンシャル＞
Ｐ３ＨＴと、上記本発明に係るポリマー材料（化合物名：Poly[3,3’’’-Bis(5-dodecyl-2-thienyl)-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-quaterthiophene]、化学式２でＲ１及びＲ２が−Ｃ１２Ｈ２５で表される直鎖アルキル基。）とをトルエンに溶解させ、ガラス基板にスピンコートしたものを試料とし、イオン化ポテンシャルを測定した。イオン化ポテンシャルの測定には、理研計器製の大気中光電子分光装置(AC-1)を用いた。イオン化ポテンシャルは、Ｐ３ＨＴが-4.57eVであり、本発明に係るポリマー材料が-4.70eVであった。この結果は、側鎖部分に配位された芳香族環による立体障害により、主鎖部分の平面性が崩れたことによるものと考えられる。なお、イオン化ポテンシャルは、物質から１個電子を取り出すのに必要なエネルギーの大きさを定義するものであるが、上記の結果より、Ｐ３ＨＴのイオン化ポテンシャルの値は０に近いので、本発明に係るポリマー材料よりも少ないエネルギーで電子を１個取り出すことができることを示しており、従って、本発明に係るポリマー材料はＰ３ＨＴよりも酸化され難い材料であると言える。
【００８３】
＜π共役系の拡張＞
上記同様、Ｐ３ＨＴと、上記本発明に係るポリマー材料（化合物名：Poly[3,3’’’-Bis(5-dodecyl-2-thienyl)-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-quaterthiophene]、化学式２でＲ１及びＲ２が−Ｃ１２Ｈ２５で表される直鎖アルキル基。）とをトルエンに溶解させ、島津製作所製の紫外可視分光光度計(UV-2550)で最大吸収波長の測定を行った。その結果、Ｐ３ＨＴが453nmであったのに対し、本発明に係るポリマー材料は477nmとなり、長波長側の値を示した。最大吸収波長が長波長側にあることは、π共役系が広いこと、すなわちバンドギャップが狭まったことを意味するので、側鎖部分に配位された芳香族環による主鎖部分の平面性が崩れた本発明に係るポリマー材料には、π共役系の拡張効果が示唆された。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の有機半導体材料について、π共役系が拡張された形態を示す模式図である。
【図２】本発明の有機半導体装置の一例を示す断面図である。
【図３】有機半導体層が形成されたＦＥＴ素子の伝達特性を示すグラフである。
【図４】有機半導体層が形成されたＦＥＴ素子の出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１０１  有機半導体装置
１１  基板
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁層
１４  高分子有機半導体層
１５  ドレイン電極
１６  ソース電極
【図１】
2006344719.tif 000016
【図２】
2006344719.tif 000017
【図３】
2006344719.tif 000018
【図４】
2006344719.tif 000019